DigiSim

机械观测台 / R2

威斯敏斯特

教学复原 · 并非按实物原样建模的数字孪生
设备时钟
未经独立核实
伦敦民用时间 · EUROPE/LONDON
—:—:—GMT/BST
正在获取伦敦时间…
正在装配威斯敏斯特大钟
丹尼森重力擒纵机构

看看是什么在计时。

两个擒纵轮。三个滚子。两根重力臂。
逐个阶段,追踪功的传递。

跟随一次释放轮系已锁定
01 锁定02 释放03 提升04 冲力

锁定块挡住擒纵轮。摆锤自由摆动;驱动无法抢先运转。

正立面 · 修复后的蓝与金
单个钟面,从钟楼中分离出来。拖动可查看其纵深。

教学复原 · 并非按实物原样建模的数字孪生
拖动环绕观察先聚焦,再滚动缩放点击检查
模型单位 · 米

方法 / 出处 / 局限

一座可以追问的钟。

这是一件教学复原作品,而非 100% 的数字复制品。 它依据已公布的尺寸与功能制作,但原始工程图纸、实测表面几何、齿数与公差均未取得。切勿将视觉上细致的复原误当作制造依据。

第 2 版修订 — 先检查,再评判

选中部件不再改变材质颜色。钢、锌、涂漆铁件、黄铜、镀金与带铜绿的青铜各有独立的表面效果。这些是依据参考资料估算的外观,并非实测的光谱反射率,也不是经过认证的表面扫描。

整体装配
各部件相互连接的呈现方式。
擒纵轮特写
将相机移近。
分层查看
仅为检查而错开两个轮体;在该模式下,连接件的几何并不构成可运转的装配。
侧向间隙
显示擒纵轮轴的有限长度:它在摆管之前就已终止。
下一阶段
推进真实的固定步长机械状态,而非预制动画。
观看一次释放
先用同一求解器找到下一次释放,再以 0.05× 展示这次释放并暂停。

完整的“钟面”视图以真正的正面正交投影打开,只显示一个钟面。检查器中的小钟面使用相同的矢量图稿,并始终显示伦敦民用时间。四个外部三维钟面则继续遵循所选的“伦敦实时 / 机械实验室”模式。

探索相互连接的各个组件

机芯
检查三套轮系、卷筒、轴承、轴与重锤驱动。
擒纵机构
使用“下一阶段”让实际求解器依次经过锁定、释放、提升与冲力,或以 0.05× 观看单次释放。“侧向间隙”会显示彼此分离的轮平面与摆锤平面。
四个钟面
查看共用驱动与 12:1 指针轮系。
钟室
触发一段报刻程序,观看外部钟锤敲击固定不动的钟。

拖动可环绕观察;按住 Shift 拖动或右键拖动可平移。点击部件,或在检查器中选择。三维视图获得焦点时,可使用下列按键与滚轮缩放;按 Esc 释放焦点。

空格
仅暂停或继续实验。
R
重置相机。
X
切换 X 光透视。
O
切换正交投影。
N
让擒纵机构前进到下一阶段。
1–5
切换组件视图。

爆炸视图只是用于检查的变换,并非运行配置。

两个时钟,刻意分开

伦敦实时
以民用时间参考(按 Europe/London 时区解读)驱动四个钟面的指针。无论观看者身处何地,系统都会借助浏览器的时区数据库处理英国夏令时。仿照真实样式的钟面上没有装饰性秒针。
机械实验室
以擒纵机构的成功释放驱动指针,每次释放记为两秒。钟面的起始设定只从伦敦时间取值一次。停转或暂停的实验可能会漂移或停走,但绝不会在后台被悄悄校正以匹配页头的实时时间。
时间来源的质量很重要
本页面使用设备时钟;其绝对精度未知,本站也不提供单独的时间参考。即使采用网络时间参考,也只能提高民用时间的精度:它并不是来自真实威斯敏斯特大钟的实时遥测。本应用无法观测维护停摆、拨针校时操作,也无法得知真实时钟的瞬时误差。

哪些已有定论,哪些是复原?

组件文献证据复原 / 未经验证
机芯三套轮系;框架 4.7 × 1.4 m;机芯 5 吨确切布局、齿数、轴承间隙、质量分布、柔性轴与传动损耗
擒纵机构双三臂重力擒纵机构;每拍 2 s锁定几何、接触法线、提升面、转动惯量、落角与解锁角;以理想化的事件约束代替接触动力学
摆锤全长 4.4 m;整摆 310 kg;摆砣 203 kg;每枚便士使钟每天快 0.4 s等效复摆转动惯量、补偿细节、空气阻力、当地重力加速度与硬币几何
上弦1913 年的动力上弦,带维持动力以功能性替代模型呈现;原有的周转轮系齿轮、离合器与凸轮内部结构并未完全复制
钟面四个 7 m 钟面,每个 324 块玻璃;数字 4 写作 IV;普鲁士蓝 / 金色;指针长 4.2 / 2.7 m花格布置、装饰雕刻、指针轮廓 / 配重平衡、四向锥齿轮箱内部结构
铜钟大本钟 13.7 t,直径 2.7 m,高 2.2 m;200 kg 钟锤;四口报刻钟的尺寸与音高壁厚轮廓、钟冠 / 纹饰细节、裂纹形态、悬挂布局、报刻钟锤的质量与提升角、模态声音

一个可审计的降阶能量模型

Iθ̈ + bθ̇ + K sinθ = τ

摆锤按此方程运动,由步长 1/240 s 的隐式离散梯度积分器求解。自由运动在动能与重力势能之间转换;显式阻尼则转化为热。每一次成功释放都会从走时重锤扣除能量,抬起一根重力臂,并把其下落能量中假定的一部分传给摆锤,其余部分被耗散。降到底部的重锤无法再提供冲力。

E_stored + Q_heat + E_acoustic − E_initial − W_external = residual

储存能量包括摆锤、三个重锤、重力臂、传递功与钟锤。热量由模型中的各项损耗逐步累积,而不是事后分配以抹平误差。上弦、硬币调节与手动轻推都是明确的外部功。“仅剩 8 次释放”代表一次受控的下放操作,被移除的能量记为负的操作者功。

齿轮与提升连杆被建模为准静态约束:它们自身的动能与真实的撞击弹性均未解析。钟锤的提升是准静态的;钟锤的下落遵循保守的旋转摆运动。所有撞击能量都会离开简化的钟锤模型,计入指定的热量与声能预算。这些预算并不预测真实的声场,扬声器输出也不是能量标定。

4.4 m 长的单摆无法给出文献记载的四秒周期。本复原采用等效复摆:I ≈ 4375.446 kg·m²,Σmr ≈ 1100.295 kg·m,有效摆长 3.9766 m。其小摆幅周期为四秒;有限摆幅、有限步长的解锁与冲力都会改变其实际走时速率。软件并未暗中按 UTC 调校。

来源登记

P1UK Parliament · Great Clock facts — 机芯、摆锤、钟面与指针。
P2UK Parliament · Great Bell and quarter bells — 钟的尺寸、质量、音高与钟锤。详细介绍各口钟的页面标明第一口报刻钟为 G♯;另一个概览页面对它的简写则有所不同。
C1修复钟表匠 · 大本钟修复 — 三套轮系、修复证据、原始配色,以及完整工程图纸的存在。
C2修复钟表匠 · 自动上弦 — 1913 年的周转轮系与维持动力上弦系统。
T1UK Government · British clock changes 与 ECMA-402 · Internationalization API — 民用时间换算,并非实体时钟遥测。

经认证的数字孪生需要什么

取得修复工程图纸与获得授权的测绘数据;记录每个部件的几何、材质、质量特性、齿形几何与装配公差;复现完整的上弦、维持动力、计数机构与钟面传动系统;实现经过验证的碰撞 / 接触与弹性动力学;对比实测的摆幅、力矩、损耗、敲击时序与环境响应;并在威斯敏斯特接入带时间戳的钟面 / 擒纵机构传感器。在此之前,“100% 物理一致”并不是站得住脚的说法。

复原构建版本 2.0(2026 年 9 月),已移植至 DigiSim 博物馆:原生 WebGL 2 与 JavaScript,不使用任何运行时库、CDN 资源或远程字体。文献链接仅在点击后才会打开。